CN103928573A - 一种用于制备太阳电池的硅片磷铝联合变温吸杂方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，步骤如下：将衬底硅片依次进行去损伤层、超声清洗后，在硅片正反两面先涂覆磷源，再蒸镀铝膜；然后采用氮气气氛保护下热处理依次进行一次吸杂、二次吸杂；冷却至室温后，放入氢氟酸和硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层即可。本发明的优点是：该吸杂方法在磷铝吸杂基础上引入变温工艺，通过不同温度对吸杂的各个过程实现有效控制，充分利用磷吸杂和铝吸杂各自的优势；工艺简单易于实现，无需增加其他设备；吸杂效果明显，经吸杂处理后，硅片少子寿命有明显提升，同时在满足吸杂效果的前提下减少了工艺周期。
Description
技术领域
本发明涉及硅太阳电池的制备方法，特别涉及一种用于制备太阳电池的硅片磷铝联合变温吸杂方法。
背景技术
光伏发电的载体是太阳电池，而能使太阳电池成为未来能源重要组成部分的关键是要将光伏发电成本降到与常规能源相当。晶体硅太阳电池因其转换效率高、原材料丰富、生产成本较为廉价等优点受到广泛关注。目前，晶体硅太阳电池也已经占目前太阳电池市场的80%以上。为了进一步提升晶体硅太阳电池的竞争力，就必须要在保证电池光电转换效率的基础上使用更为廉价的衬底，所以通常用来制备太阳电池的硅片相对半导体集成电路行业中使用的硅片纯度较差，杂质含量较多，这也直接导致其少子寿命和少子扩散长度降低。为了进一步提高太阳能级硅片的电学特性，较为常用的方法采用磷吸杂或铝吸杂工艺来除去硅片体内的过渡金属等杂质。
磷吸杂利用杂质原子与硅原子的结构差异，将其扩散到硅片表面引起失配位错，因而形成应力吸杂中心。铝吸杂是通过杂质在硅-铝合金中的固溶度高于硅中的固溶度，从而通过分凝机制从衬底中吸除杂质；此外，硅-铝合金层中含有大量缺陷，杂质与缺陷的结合能量更低，硅中的金属杂质从而被有效吸除。磷吸杂方法较为简单，工艺周期短，但是其吸杂机理决定其吸杂效果相对铝吸杂要弱一些。铝吸杂具有更为优良的吸杂效果，但是需要蒸镀铝膜的时间较长，这直接导致其工艺周期较长。此外，由于硅中吸杂过程的主要机制在于释放、扩散、俘获三个过程，所以针对不同的吸杂方法和吸杂过程，所需的热处理温度也不同，这也直接影响吸杂效果。因而，如何在满足降低工艺周期的前提下改善吸杂效果是进一步发展吸杂工艺的关键。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的问题，提供一种用于制备太阳电池的硅片磷铝联合变温吸杂方法，该吸杂方法通过在晶体硅两面旋涂磷源后再蒸镀铝膜并通过引入分布变温的热处理工艺，对吸杂过程中释放、扩散和俘获三个过程分别控制，增加吸杂的驱动力，减少硅中金属杂质，提高了硅片的少子寿命，且其制备方法简单，易于实施。
本发明的技术方案：
一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，包括以下步骤：
1）去损伤层：配制浓度为10-15wt%的NaOH溶液，采用水浴加热的方式使溶液恒温在80℃，将衬底硅片放入溶液中8-15min以去除由于线锯切割硅片所导致的硅损伤层，将硅片取出后用去离子水清洗3min；
2）清洗：将上述去损伤层的硅片放入25℃的丙酮溶液中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，然后再将样品放入25℃的无水乙醇中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，用氮气吹干备用；
3）涂覆磷源：将上述清洗后的硅片吸附在匀胶机上，通过旋涂的方式在硅片正反两面涂覆厚度为1-2μm的磷源，匀胶机转速为1500-2200 r/min，旋涂时间为20-30s，然后放入热处理炉中干燥，干燥温度为100-150℃，干燥时间为10-15min；
4）蒸镀铝膜：将双面涂覆有磷源的硅片放置于真空镀膜机中，在620-700℃温度下在其正反两面蒸镀一层厚度为0.5-2μm的铝膜；
5）一次吸杂：将上述蒸镀铝膜后的硅片放入热处理炉中在氮气气氛保护下进行热处理，热处理温度为850-950℃，热处理时间为25-65min；
6）二次吸杂：将一次吸杂后的硅片放入氮气气氛保护下热处理，热处理温度为700-800℃，热处理时间为40-80min；
7）将二次吸杂后的硅片冷却至室温后，放入浓度为49wt%的氢氟酸和浓度为65wt%的硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层，氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸与硝酸的体积比为1:2-4，腐蚀时间为40-70s。
所述衬底硅片为单晶硅或多晶硅，掺杂类型可为N型或P型。
所述磷源为三氯氧磷、三甲基磷、三乙基磷、五氧化二磷或二乙基氢化磷。
本发明的优点和积极效果是：
该吸杂方法在磷铝吸杂基础上引入变温工艺，通过不同温度对吸杂的各个过程实现有效控制，充分利用磷吸杂和铝吸杂各自的优势；工艺简单易于实现，无需增加其他设备；吸杂效果明显，经吸杂处理后，硅片少子寿命有明显提升，同时在满足吸杂效果的前提下减少了工艺周期。
附图说明
图1吸杂前衬底硅片的结构示意图。
图2 为分别采用磷变温吸杂、铝变温吸杂以及本发明吸杂方法得到的硅片吸杂前后少子寿命示意图（注入水平在1015cm-3）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案作进一步的详细说明。
实施例1：
一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，包括以下步骤：
1）去损伤层：配制浓度为10wt%的NaOH溶液，采用水浴加热的方式使溶液恒温在80℃，将单晶硅片放入溶液中8min以去除由于线锯切割硅片所导致的硅损伤层，将单晶硅片取出后用去离子水清洗3min；
2）清洗：将上述去损伤层的单晶硅片放入25℃的丙酮溶液中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，然后再将样品放入25℃的无水乙醇中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，用氮气吹干备用；
3）涂覆磷源：以三氯氧磷为磷源，将上述清洗后的单晶硅片吸附在匀胶机上，通过旋涂的方式在单晶硅片正反两面涂覆厚度为1μm的磷源，匀胶机转速为1500 r/min，旋涂时间为20s，然后放入热处理炉中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为10min；
4）蒸镀铝膜：将双面涂覆有磷源的单晶硅片放置于真空镀膜机中，在620℃温度下在其正反两面蒸镀一层厚度为0.5μm的铝膜，图1吸杂前衬底硅片的结构示意图；
5）一次吸杂：将上述蒸镀铝膜后的单晶硅片放入热处理炉中在氮气气氛保护下进行热处理，热处理温度为850℃，热处理时间为30min；
6）二次吸杂：将一次吸杂后的单晶硅片放入氮气气氛保护下热处理，热处理温度为700℃，热处理时间为40min；
7）将二次吸杂后的单晶硅片冷却至室温后，放入浓度为49wt%的氢氟酸和浓度为65wt%的硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层，氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸与硝酸的体积比为1:2，腐蚀时间为40s。
图2 为分别采用磷变温吸杂、铝变温吸杂以及本发明吸杂方法得到的硅片吸杂前后少子寿命示意图（注入水平在1015cm-3），检测结果表明：未吸杂前经HF钝化后的单晶硅片少子寿命为25μs，吸杂后经HF钝化后的单晶硅片少子寿命为160μs。
实施例2：
一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，包括以下步骤：
1）去损伤层：配制浓度为15wt%的NaOH溶液，采用水浴加热的方式使溶液恒温在80℃，将单晶硅片放入溶液中10min以去除由于线锯切割硅片所导致的硅损伤层，将单晶硅片取出后用去离子水清洗3min；
2）清洗：将上述去损伤层的单晶硅片放入25℃的丙酮溶液中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，然后再将样品放入25℃的无水乙醇中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，用氮气吹干备用；
3）涂覆磷源：以三甲基磷为磷源，将上述清洗后的单晶硅片吸附在匀胶机上，通过旋涂的方式在单晶硅片正反两面涂覆厚度为2μm的磷源，匀胶机转速为2200 r/min，旋涂时间为30s，然后放入热处理炉中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为13min；
4）蒸镀铝膜：将双面涂覆有磷源的单晶硅片放置于真空镀膜机中，在700℃温度下在其正反两面蒸镀一层厚度为1μm的铝膜；
5）一次吸杂：将上述蒸镀铝膜后的单晶硅片放入热处理炉中在氮气气氛保护下进行热处理，热处理温度为900℃，热处理时间为30min；
6）二次吸杂：将一次吸杂后的单晶硅片放入氮气气氛保护下热处理，热处理温度为750℃，热处理时间为40min；
7）将二次吸杂后的单晶硅片冷却至室温后，放入浓度为49wt%的氢氟酸和浓度为65wt%的硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层，氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸与硝酸的体积比为1:3，腐蚀时间为40s。
检测结果表明：未吸杂前经HF钝化后的单晶硅片少子寿命为33μs，吸杂后经HF钝化后的单晶硅片少子寿命为217μs。
实施例3：
一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，包括以下步骤：
1）去损伤层：配制浓度为10wt%的NaOH溶液，采用水浴加热的方式使溶液恒温在80℃，将多晶硅片放入溶液中15min以去除由于线锯切割硅片所导致的硅损伤层，将多晶硅片取出后用去离子水清洗3min；
2）清洗：将上述去损伤层的多晶硅片放入25℃的丙酮溶液中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，然后再将样品放入25℃的无水乙醇中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，用氮气吹干备用；
3）涂覆磷源：以五氧化二磷为磷源，将上述清洗后的多晶硅片吸附在匀胶机上，通过旋涂的方式在多晶硅片正反两面涂覆厚度为1.5μm的磷源，匀胶机转速为2000 r/min，旋涂时间为30s，然后放入热处理炉中干燥，干燥温度为150℃，干燥时间为15min；
4）蒸镀铝膜：将双面涂覆有磷源的多晶硅片放置于真空镀膜机中，在650℃温度下在其正反两面蒸镀一层厚度为0.5μm的铝膜；
5）一次吸杂：将上述蒸镀铝膜后的多晶硅片放入热处理炉中在氮气气氛保护下进行热处理，热处理温度为950℃，热处理时间为40min；
6）二次吸杂：将一次吸杂后的多晶硅片放入氮气气氛保护下热处理，热处理温度为750℃，热处理时间为80min；
7）将二次吸杂后的多晶硅片冷却至室温后，放入浓度为49wt%的氢氟酸和浓度为65wt%的硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层，氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸与硝酸的体积比为1:3，腐蚀时间为70s。
检测结果表明：未吸杂前经HF钝化后的多晶硅片少子寿命为6μs，吸杂后经HF钝化后的多晶硅片少子寿命为38μs。
实施例4：
一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，包括以下步骤：
1）去损伤层：配制浓度为10wt%的NaOH溶液，采用水浴加热的方式使溶液恒温在80℃，将多晶硅片放入溶液中10min以去除由于线锯切割硅片所导致的硅损伤层，将多晶硅片取出后用去离子水清洗3min；
2）清洗：将上述去损伤层的多晶硅片放入25℃的丙酮溶液中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，然后再将样品放入25℃的无水乙醇中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，用氮气吹干备用；
3）涂覆磷源：以二乙基氢化磷为磷源，将上述清洗后的多晶硅片吸附在匀胶机上，通过旋涂的方式在多晶硅片正反两面涂覆厚度为1.5μm的磷源，匀胶机转速为2000 r/min，旋涂时间为30s，然后放入热处理炉中干燥，干燥温度为150℃，干燥时间为15min；
4）蒸镀铝膜：将双面涂覆有磷源的多晶硅片放置于真空镀膜机中，在650℃温度下在其正反两面蒸镀一层厚度为0.5μm的铝膜；
5）一次吸杂：将上述蒸镀铝膜后的多晶硅片放入热处理炉中在氮气气氛保护下进行热处理，热处理温度为950℃，热处理时间为60min；
6）二次吸杂：将一次吸杂后的多晶硅片放入氮气气氛保护下热处理，热处理温度为750℃，热处理时间为60min；
7）将二次吸杂后的多晶硅片冷却至室温后，放入浓度为49wt%的氢氟酸和浓度为65wt%的硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层，氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸与硝酸的体积比为1:3，腐蚀时间为70s。
检测结果表明：未吸杂前经HF钝化后的多晶硅片少子寿命为7μs，吸杂后经HF钝化后的多晶硅片少子寿命为31μs。
综上，本发明提供了一种用于制备太阳电池的硅片磷铝联合变温吸杂方法，该方法与晶体硅太阳电池制备工艺完全兼容，普遍适用于单晶硅、多晶硅以及硅异质结太阳电池的制备，方法简单易于实现，便于工业化生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，其特征在于包括以下步骤：
1）去损伤层：配制浓度为10-15wt%的NaOH溶液，采用水浴加热的方式使溶液恒温在80℃，将衬底硅片放入溶液中8-15min以去除由于线锯切割硅片所导致的硅损伤层，将硅片取出后用去离子水清洗3min；
2）清洗：将上述去损伤层的硅片放入25℃的丙酮溶液中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，然后再将样品放入25℃的无水乙醇中超声清洗5min，取出后用去离子水清洗3min，用氮气吹干备用；
3）涂覆磷源：将上述清洗后的硅片吸附在匀胶机上，通过旋涂的方式在硅片正反两面涂覆厚度为1-2μm的磷源，匀胶机转速为1500-2200 r/min，旋涂时间为20-30s，然后放入热处理炉中干燥，干燥温度为100-150℃，干燥时间为10-15min；
4）蒸镀铝膜：将双面涂覆有磷源的硅片放置于真空镀膜机中，在620-700℃温度下在其正反两面蒸镀一层厚度为0.5-2μm的铝膜；
5）一次吸杂：将上述蒸镀铝膜后的硅片放入热处理炉中在氮气气氛保护下进行热处理，热处理温度为850-950℃，热处理时间为25-65min；
6）二次吸杂：将一次吸杂后的硅片放入氮气气氛保护下热处理，热处理温度为700-800℃，热处理时间为40-80min；
7）将二次吸杂后的硅片冷却至室温后，放入浓度为49wt%的氢氟酸和浓度为65wt%的硝酸的混合液中腐蚀以去除吸杂层，氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸与硝酸的体积比为1:2-4，腐蚀时间为40-70s。
2.根据权利要求1所述用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，其特征在于：所述衬底硅片为单晶硅或多晶硅，掺杂类型可为N型或P型。
3.根据权利要求1所述用于制备太阳电池的硅片磷铝变温吸杂方法，其特征在于：所述磷源为三氯氧磷、三甲基磷、三乙基磷、五氧化二磷或二乙基氢化磷。
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